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【摘 要】结合江苏宜兴抽水蓄能电站机组的运行数据，对SF6型发电机出口断路器（下简称GCB）使用寿命进行了分析，并指出目前运行工况对GCB使用寿命的影响。同时，提出了可参照GCB状态监测结果，来合理安排检修计划，保证机组乃至系统的安全可靠运行。
【关键词】使用寿命分析 机械寿命 电气寿命 状态监测
江苏宜兴抽水蓄能电站装有四台可逆式抽水蓄能机组（4×250MW），发电电动机出口断路器（下简称GCB）选用瑞士ABB公司的HECPS-3S型SF6发电机断路器模块。GCB是电站最重要的控制和保护设备之一，它具有常规机组发电机出口断路器的作用（在正常情况下切、合发电机；又要在故障情况下开断巨大的故障电流，尤其是短路电流）；同时，其操作更频繁，且每次在水泵工况正常停机时，为避开机组水泵工况低功率的振动，断开较大的负荷电流。因此，分析电站GCB的使用寿命，掌握其运行过程中的实际状态，对机组乃至系统的安全可靠运行是非常必要的。
一、SF6型断路器使用寿命分析
SF6型断路器使用寿命包括机械寿命和电气寿命。随着研发能力和制造能力的不断提高，GCB的机械性能非常稳定可靠，其机械寿命远高于电气寿命。ABB公司提供的资料显示，该公司生产的HECPS 型发电机断路器机械寿命能实现在执行制造商测试后20 年、或20，000 次通断转换操作，而无需维修、润滑或更换部件。下面仅就SF6型断路器电气寿命进行分析。
（一）影响SF6型断路器电气寿命因数
影响SF6型断路器电气寿命的随机因素太多，如：不同产品结构相异，对同样的开断电流却表现出不同的电磨损；同一产品在不同试验站也有不同的试验结果；甚至同一产品在同一试验站做两个系列的电气寿命试验也可能得到不同的结果。法国高能试验室（EDF）和意大利工程指导公司（ENEL）对中压和高压SF6断路器的电气寿命进行的研究与试验观察到：限制灭弧室使用寿命的是弧触头而不是喷嘴。因为喷嘴材料的电弧分解物对SF6气体绝缘的影响极小，喷门尺寸的扩大通常也不成为制约开断能力的主要因素，而触头材料的电弧分解物和金属粒子都会影响灭弧室的绝缘特性和对暂态恢复电压的承受能力。静弧触头长度的磨损和动弧触头口径的扩大，却是制约灭弧室电气寿命的主要因素。这一观点得到国内许多同行的认可。
（二）SF6断路器电气寿命近似折算公式
开断不同大小的故障电流，对灭弧室的烧损作用是不同的。但是，诸如燃弧时间、触头及喷嘴的结构与材料等随机因素对灭弧室烧损的影响，从累计的角度考虑，都可加以简化。用额定短路开断电流ISN连续开断不检修次数来表示断路器的电气使用寿命，已在我国电力行业标准中规定。
正是基于如此，EDF和ENEL在电气寿命研究中，找到了一种可行的近似折算公式--触头损耗等效定律NS=f （ISN/IS）。该定律适于工程使用，表达了不同开断电流对灭弧室烧损量的折算关系。它以0.5ISN（ISN为额定短路开断电流，IS为实际开断电流）一次开断的电磨损为基数，当IS<0.35ISN时，与一次0.5ISN开断电磨损相同的电流IS的等效开断次数NS为：
NS=1.83×（0.35×ISN/IS）3 （1）
当IS≥0.35ISN时，与一次0.5ISN开断电磨损相同的大电流IS的等效开断次数NS为：
NS=（0.5×ISN/IS）1.7 （2）
计算式（1）、式（2）经检验，它适于不同厂家生产的开断原理相同的多种断路器。
二、GCB状态的监测
在目前运行条件下，为了保证机组及系统的安全稳定可靠运行，加强对GCB运行参数的监测是非常必要的。
在GCB使用中发生的物理过程可概括为：机械运动、通电导流和电气绝缘三部分。GCB机械寿命由其机械运动状况反映，GCB电气寿命由其通电导流性能和电气绝缘状况反映。要使GCB安全可靠运行，就要保证这三部分的参数在设计要求的范围内。除运行巡视及小修时观察检测外，主要通过以下方式，将检测到的数据与交接验收试验数据进行比较，进而掌握GCB的运行状态，为合理安排GCB检修提供参考。
三、结语
（一）电站机组制造商GE公司计划于2009年上半年开始水泵水轮机大修，解决机组小开度振动问题。在解决了小开度振动问题的同时，即使解决了机组水泵工况低功率振动问题，四台机组GCB在目前工况运行时间长短不一，对使用寿命的影响仍是明显的；如果还不能解决机组低功率振动问题，那么在问题解决前（可能很长时间），GCB将仍在目前工况下运行，严重影响其使用寿命。
（二）目前电站已与电网公司签署了“苛刻”的租赁协议，GCB的状态直接影响了电站的经济效益。故建议，为方便GCB运行数据的收集、统计、分析，进而合理安排检修计划，增设GCB在线监测装置。
（三）由于影响触头电磨损的因素太多，前面采用的计算式是近似的，更准确的计算有待今
后进一步的研究及在运行中积累经验而不断改进和完善。
参考文献：
[1]黎斌。断路器电寿命的折算、限值及其在线监测技术。高压电器 2005（12）：428-433
作者简介：
张在荣（1972），男，汉族，籍贯：湖北省汉川市，现供职单位全称及职称：葛洲坝集团机电建设有限公司，学士学位，研究方向：水电站机电安装与调试。
【关键词】使用寿命分析 机械寿命 电气寿命 状态监测
江苏宜兴抽水蓄能电站装有四台可逆式抽水蓄能机组（4×250MW），发电电动机出口断路器（下简称GCB）选用瑞士ABB公司的HECPS-3S型SF6发电机断路器模块。GCB是电站最重要的控制和保护设备之一，它具有常规机组发电机出口断路器的作用（在正常情况下切、合发电机；又要在故障情况下开断巨大的故障电流，尤其是短路电流）；同时，其操作更频繁，且每次在水泵工况正常停机时，为避开机组水泵工况低功率的振动，断开较大的负荷电流。因此，分析电站GCB的使用寿命，掌握其运行过程中的实际状态，对机组乃至系统的安全可靠运行是非常必要的。
一、SF6型断路器使用寿命分析
SF6型断路器使用寿命包括机械寿命和电气寿命。随着研发能力和制造能力的不断提高，GCB的机械性能非常稳定可靠，其机械寿命远高于电气寿命。ABB公司提供的资料显示，该公司生产的HECPS 型发电机断路器机械寿命能实现在执行制造商测试后20 年、或20，000 次通断转换操作，而无需维修、润滑或更换部件。下面仅就SF6型断路器电气寿命进行分析。
（一）影响SF6型断路器电气寿命因数
影响SF6型断路器电气寿命的随机因素太多，如：不同产品结构相异，对同样的开断电流却表现出不同的电磨损；同一产品在不同试验站也有不同的试验结果；甚至同一产品在同一试验站做两个系列的电气寿命试验也可能得到不同的结果。法国高能试验室（EDF）和意大利工程指导公司（ENEL）对中压和高压SF6断路器的电气寿命进行的研究与试验观察到：限制灭弧室使用寿命的是弧触头而不是喷嘴。因为喷嘴材料的电弧分解物对SF6气体绝缘的影响极小，喷门尺寸的扩大通常也不成为制约开断能力的主要因素，而触头材料的电弧分解物和金属粒子都会影响灭弧室的绝缘特性和对暂态恢复电压的承受能力。静弧触头长度的磨损和动弧触头口径的扩大，却是制约灭弧室电气寿命的主要因素。这一观点得到国内许多同行的认可。
（二）SF6断路器电气寿命近似折算公式
开断不同大小的故障电流，对灭弧室的烧损作用是不同的。但是，诸如燃弧时间、触头及喷嘴的结构与材料等随机因素对灭弧室烧损的影响，从累计的角度考虑，都可加以简化。用额定短路开断电流ISN连续开断不检修次数来表示断路器的电气使用寿命，已在我国电力行业标准中规定。
正是基于如此，EDF和ENEL在电气寿命研究中，找到了一种可行的近似折算公式--触头损耗等效定律NS=f （ISN/IS）。该定律适于工程使用，表达了不同开断电流对灭弧室烧损量的折算关系。它以0.5ISN（ISN为额定短路开断电流，IS为实际开断电流）一次开断的电磨损为基数，当IS<0.35ISN时，与一次0.5ISN开断电磨损相同的电流IS的等效开断次数NS为：
NS=1.83×（0.35×ISN/IS）3 （1）
当IS≥0.35ISN时，与一次0.5ISN开断电磨损相同的大电流IS的等效开断次数NS为：
NS=（0.5×ISN/IS）1.7 （2）
计算式（1）、式（2）经检验，它适于不同厂家生产的开断原理相同的多种断路器。
二、GCB状态的监测
在目前运行条件下，为了保证机组及系统的安全稳定可靠运行，加强对GCB运行参数的监测是非常必要的。
在GCB使用中发生的物理过程可概括为：机械运动、通电导流和电气绝缘三部分。GCB机械寿命由其机械运动状况反映，GCB电气寿命由其通电导流性能和电气绝缘状况反映。要使GCB安全可靠运行，就要保证这三部分的参数在设计要求的范围内。除运行巡视及小修时观察检测外，主要通过以下方式，将检测到的数据与交接验收试验数据进行比较，进而掌握GCB的运行状态，为合理安排GCB检修提供参考。
三、结语
（一）电站机组制造商GE公司计划于2009年上半年开始水泵水轮机大修，解决机组小开度振动问题。在解决了小开度振动问题的同时，即使解决了机组水泵工况低功率振动问题，四台机组GCB在目前工况运行时间长短不一，对使用寿命的影响仍是明显的；如果还不能解决机组低功率振动问题，那么在问题解决前（可能很长时间），GCB将仍在目前工况下运行，严重影响其使用寿命。
（二）目前电站已与电网公司签署了“苛刻”的租赁协议，GCB的状态直接影响了电站的经济效益。故建议，为方便GCB运行数据的收集、统计、分析，进而合理安排检修计划，增设GCB在线监测装置。
（三）由于影响触头电磨损的因素太多，前面采用的计算式是近似的，更准确的计算有待今
后进一步的研究及在运行中积累经验而不断改进和完善。
参考文献：
[1]黎斌。断路器电寿命的折算、限值及其在线监测技术。高压电器 2005（12）：428-433
作者简介：
张在荣（1972），男，汉族，籍贯：湖北省汉川市，现供职单位全称及职称：葛洲坝集团机电建设有限公司，学士学位，研究方向：水电站机电安装与调试。